Nghiên cứu một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám phục vụ thành lập bản đồ lớp phủ đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LÊ HẢI TRIỀU

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
PHÂN LOẠI ẢNH VIỄN THÁM PHỤC VỤ
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LÊ HẢI TRIỀU

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
PHÂN LOẠI ẢNH VIỄN THÁM PHỤC VỤ
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ ĐẤT
……….

CHUYÊN NGÀNH: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thồng tin địa lý
MÃ SỐ: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN XUÂN TRƯỜNG

HÀ NỘI – 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số
liệu, kết quả trong luân văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả Luận văn

Lê Hải Triều


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM ................................................... 4
1.1. Những khái niệm về viễn thám .............................................................. 4
1.1.1. Khái niệm cơ bản................................................................................ 4
1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu của viễn thám ................................................. 9
1.1.3. Những ưu điểm cơ bản của công nghệ viễn thám ............................. 9
1.1.4. Phân loại viễn thám.......................................................................... 10
1.1.5. Sự tương tác năng lượng với các đối tượng trên mặt đất ................ 12
1.1.6. Ảnh viễn thám .................................................................................. 12
1.2. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ............................ 22
1.2.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ đối với
tư liệu viễn thám.................................................................................... 22
1.2.2. Đặc tính phổ phản xạ của một số nhóm đối tượng tự nhiên ........... 24
Chương 2. KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM VÀ ỨNG DỤNG VIỄN
THÁM TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ ĐẤT ...................... 28

2.1. Kỹ thuật xử lý và phân tích ảnh số viễn thám ..................................... 28
2.1.1. Ảnh số............................................................................................... 28
2.1.2. Các phép xử lý ảnh........................................................................... 29
2.1.3. Các phép phân tích ảnh.................................................................... 34
2.1.4. Các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám ..................................... 35
2.1.5. Những ưu điểm và hạn chế của phương pháp xử lý ảnh số trong
thành lập bản đồ chuyên đề .................................................................. 45
2.2. Khái niệm lớp phủ đất .......................................................................... 47
2.2.1. Lớp phủ đất ...................................................................................... 47
2.2.2. Hệ phân loại lớp phủ đất .................................................................. 49


2.3. Ứng dụng viễn thám trong thành lập bản đồ lớp phủ đất................... 50
2.3.1. Ưu điểm của việc thành lập bản đồ lớp phủ từ ảnh vệ tinh ............. 51
2.3.2. Quy trình thành lập bản đồ lớp phủ đất từ ảnh vệ tinh ................... 51
Chương 3. SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
LỚP PHỦ ĐẤT KHU VỰC TỈNH NINH THUẬN .................................. 53
3.1 Tông quan về đặc điểm địa lý, kinh tế, văn hóa, xã hội khu vực Tỉnh
Ninh Thuận.............................................................................................. 53
3.1.1. Ví trị địa lý ........................................................................................ 53
3.1.2. Điều kiện tự nhiên, Khí hậu và thủy văn ......................................... 54
3.1.3. Địa hình, thổ nhưỡng, đất đai .......................................................... 54
3.1.4 Tài nguyên, khống sản .................................................................... 55
3.1.5. Dân cư, Tơn giáo- Tín ngưỡng ........................................................ 57
3.1.6. Kinh tế, văn hóa- xã hội ................................................................... 58
3.2. Tư liệu sử dụng ...................................................................................... 59
3.4 Nội dung và kết quả thực nghiệm.......................................................... 60
3.4.1 Tăng cường khả năng hiện thị của ảnh............................................ 60
3.4.2 Nắn chỉnh hình học ảnh ................................................................... 60
3.4.3 Phân loại ảnh .................................................................................... 61

3.4.4. Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ........................................ 68
3.4.5. Chuyển kết quả phân loại về bản đồ và biên tập.............................. 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 74


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học cơ bản ................14
Bảng 1.2. Đặc trưng phổ và khả năng giải đoán của ảnh vệ tinh SPOT ............ 18
Bảng 1.3. Các thông số của hệ thống SPOT ..................................................... 18
Bảng 1.4. Đặc trưng chính của sensor và độ phân giải khơng gian ................... 19
Bảng 3.1. Kết quả phân loại lớp đất theo diện tích theo ba phương pháp.......... 67
Bảng 3.2. Đánh giá độ chính xác phân loại theo thuật tốn xác suất cự đại
(Maximum Likelihood)...........................................................................................69
Bảng 3.3. Đánh giá độ chính xác phân loại theo phương pháp khoảng cách nhỏ
nhất( Minimun distance)........................................................................................................70
Bảng 3.4. Đánh giá độ chính xác phân loại theo phương pháp hình hộp
(Mahalamobis distance) .........................................................................................................71


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Khái niện chung về viễn thám................................................... 5
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám .................... 6
Hình 1.3. Phân loại sóng điện từ............................................................... 8
Hình 1.4. Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng................................ 11
Hình 1.5. Vệ tinh Spot.............................................................................. 16
Hình 1.6. Hoạt động của hệ thống vệ tinh SPOT ...................................... 20
Hình 1.7. Đường cong phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên................ 25

Hình 2.1. Các bước nắn chỉnh hình học.................................................... 30
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát quy trình thành lập bản đồ lớp phủ đất ............ 33
Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát quy trình thành lập bản đồ lớp phủ đất ............ 52
Hình 3.1. Chọn mẫu phân loại.................................................................. 63
Hình 3.2. Kết quả phân loại theo thuật toán Maximum Likelihood .......... 65
Hình 3.3. Kết quả phân loại theo phương pháp khoảng cách nhỏ nhất...... 66
Hình 3.4. Kết quả phân loại phân theo phương pháp hình hộp ................. 67


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trên thế giới, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển
việc xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất được tiến hành thường xuyên trên cơ sở
sử dụng tư liệu viễn thám cùng với các phần mềm xử lý chuyên dụng.
Tư liệu viễn thám không chỉ dừng lại trong việc thành lập bản đồ lớp
phủ mà còn được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác như: trong công
tác điều tra quy hoạch rừng, trong cơng tác khí tượng, đánh giá tác động môi
trường,...
Việc thành lập bản đồ lớp phủ đất có vai trị chiến lược trong cơng tác
quản lý nhà nước
Bản lớp phủ mặt đất bao gồm lớp phủ tự nhiên và nhân tạo, phản ánh
trạng thái sử dụng quỹ đất thơng qua các loại hình sử dụng đất tại thời điểm
nghiên cứu. Lớp phủ đất luôn thay đổi dưới tác động của các quy luật tự nhiên
và những hoạt động kinh tế của con người. Nếu con người thiếu tính tốn,
nghiên cứu khi khai thác tự nhiên, thiếu quan tâm bảo vệ môi trường, điều tra
nghiên cứu lớp phủ đất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn vì các kết quả
điều tra nghiên cứu lớp phủ đất làm rõ cơ cấu và tình trạng sử dụng quỹ đất,
tạo cơ sở cho việc kiểm kê, xây dựng các phương án quy hoạch nhằm sử dụng
tối ưu tiềm năng tự nhiên và bảo vệ môi trường.

Tỉnh Ninh Thuận là tỉnh thuộc vùng Nam trung bộ đang trong q trình
cơng nghiệp hóa, đơ thị hóa, chuyển đổ mục đích sử dụng đất nơng nghiệp,
thủy sán. Vì vậy có nhiều biến động lớp phủ đất. Đã có nhiều nghiên cứu ững
dụng viễn thám để thành lập bản đồ lớp phủ đất. Trong luân văn nghiên cứu
phương pháp phân loại hợp lý ảnh viễn thám để phục vụ thành lập bản đồ lớp
phủ đất. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu một số phương pháp phân loại ảnh viễn
thám phục vụ thành lập bản đồ lớp phủ đất” là một việc làm cần thiết vừa
mang tính khoa vừa mang tính thực tiễn cao


2
2. Mục tiêu đề tài
- nghiên cứu một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám phục vụ
thành lập bản đồ lớp phủ đất
- Lưa chọn phương pháp hợp lý thành lập bản đồ lớp phủ đất từ ảnh vệ
tinh Landsat ở khu vực tỉnh Ninh Thuận
3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám phục vụ thành
lập bản đồ lớp phủ đất từ ảnh vệ tinh Landsat ở khu vực tỉnh Ninh Thuận.
4. Nội dung nghiên cứu
- nghiên cứu một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám, lựa chọn
phương pháp hợp lý để thành lập bản đồ lớp phủ đất từ ảnh vệ tinh Landsat ở
khu vự Ninh Thuận.
-Nghiên cứu quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ lớp phủ đất từ tư liệu
ảnh vệ tinh.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra thực địa: Thu thập thông tin tài liệu, số liệu ở
thực địa để đối chiếu với kết quả nghiên cứu.
- Phương pháp phân tích tổng hợp: Phân tích các thuật tốn, phương
pháp, tổng hợp các kết quả nghiên cứu và thành lập bản đồ lớp phủ đất từ các

loại ảnh vệ tinh ở khu vực thực nghiệm.
- Phương pháp kế thừa: thu thập tài liệu, số liệu kế thừa chọn lọc từ kết
quả nghiên cứu của đồng nghiệp, các nhà khoa học trong nước và trên thế
giới.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần làm
phong phú hệ thống lý luận của khoa học quản lý đất đai về lớp phủ mặt đất
với một lãnh thổ cấp tỉnh và hướng nghiên cứu quy hoạch sử đất phát triển
bền vững.


3
- Ý nghĩa thực tiễn: Các phương án, quy trình thành lập bản đồ lớp phủ
đất trong luận văn được xem là tư liệu khoa học tham khảo cung cấp cho các
cơ quan quản lý phục vụ lập, điều chỉnh quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất của
Tỉnh Ninh Thuận.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồn phần mở đầu, 3 chương nội dung, phần kết luận được
trình bày trong 74 trang với 14 hình, 8 bảng và các tài liệu tham khảo.
Lời cảm ơn
Trong thời gian làm luận văn, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, tôi đã
nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên thiết thực, quý báu.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình, sự định
hướng đúng đắn, khoa học trong nghiên cứu của TS. Trần Xuân Trường.
Tôi vô cùng biết ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ- Địa Chất Hà
Nội, đặc biệt là các thầy cô Khoa Trắc Địa- Bản đồ đã dìu dắt, truyền dạy
kiến thức cần thiết để tơi có nền tảng vững chắc tự tin thực hiện đề tài. Tơi
biết ơn gia đình, bạn bè, người thân ln ở bên động viên về mọi mặt, khích
lệ tôi trong học tập, nghiên cứu .
Tôi xin cảm ơn TS Phạm Quang Vinh Viện Địa lý thuộc Viện Hàn lâm

khoa học công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ cung cấp tài liệu, số liệu từ để tơi
hồn thành luận văn.


4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM
1.1.

Những khái niệm về viễn thám

1.1.1. Khái niệm cơ bản
Cùng với những thành tựu trong nghiên cứu vũ trụ và phát triển công
nghệ thông tin, cơng nghệ viễn thám hiện đại đã hình thành và phát triển, đem
lại hiệu quả cao cho nhiều hoạt động kinh tế - xã hội quan trọng như: điều tra
cơ bản, khai thác và quản lý tài nguyên, giám sát và bảo vệ mơi trường, phịng
chống và giảm nhẹ thên tai, tổ chức và quản lý lãnh thổ cũng như an ninh
quốc phịng. Nhờ đó cơng nghệ viễn thám có một vị trí quan trọng trong chiến
lược phát triển lâu bền của mọi quốc gia.
Ở nước ta, viễn thám bắt đầu được ứng dụng từ những năm 1980, đã
đem lại những kết quả đáng khích lệ và khẳng định tính ưu việt ủa công nghệ
viễn thám về mọi mặt. Song cơng nghệ viễn thám ở nước ta phát triển cịn
chậm, chưa tương xứng với tiềm năng và chưa đáp ứng được u cầu thực
tiễn. Tình hình đó địi hỏi đánh giá thực trạng và đề xuất định hướng phát
triển công nghệ viễn thám trong thời kỳ cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa, đưa
khoa học và cơng nghệ trở thành động lực phát triển kinh tế xã hội.
“Viễn thám (Remote Sensing) được hiểu là khoa học để thu nhận thông
tin về một đối tượng. Một khu vực hoặc một hiện tượng thơng qua việc phân
tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này
khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng

được nghiên cứu”.
Viễn thám là phương pháp xử lý và phân tích các thơng tin của những
đối tượng phân bố trên bề mặt Trái đất và thu thập từ ba tầng không gian:


5
 Vũ trụ (ngồi khí quyển)
 Tầng trung (tầng khí quyển)
 Mặt đất.
nhằm xác định một cách tổng hợp những thuộc tính cơ bản của đối
tượng nghiên cứu.

Hình 1.1 Khái niện chung về viễn thám
Viễn thám còn dùng để chỉ một bộ môn khoa học nghiên cứu và thu thập
thông tin về các sự vật, hiện tượng, môi trường trên Trái đất từ không gian.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại như: công nghệ vũ trụ,
công nghệ điện tử, tin học,… viễn thám là môn khoa học liên ngành với mục
tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất, khách quan, phục vụ các ngành kinh tế
quốc dân như: nơng nghiệp, lâm nghiệp, địa chất, khí tượng thủy văn, bản đồ,
bảo vệ môi trường,….


6

Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám
Trong đó:
- (A): nguồn năng lượng hay nguồn chiếu sáng
- (B): sự bức xạ khí quyển
- (C): tương tác với các đối tượng trên mặt đất
- (D): thu nhận năng lượng bởi các bộ cảm biến (sensor). Ví dụ: máy

chụp ảnh, máy quét,…
- (E): truyền phản xạ và xử lý
- (F): giải đốn và phân tích
- (G): ứng dụng.
Như vậy, năng lượng sóng điện từ sau khi tới bộ cảm biến được chuyển
thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất. Sau khi được xử lý, ảnh
viễn thám sẽ cung cấp thông tin tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với
từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ (từ cực tím đến cực
hồng ngoại), còn gọi là ảnh đa phổ
Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong
tự nhiên của các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả
năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng. Từ
đó, nguồn tư liệu viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng


7
lượng phản xạ hoặc bức xạ các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết
bị gọi là bộ cảm biến (Remote sensor). Các máy chụp ảnh hoặc máy quét là
những ví dụ về bộ cảm. Phương tiện sử dụng để mang các bộ cảm được gọi là
vật mang (Máy bay hoặc vệ tinh)
Sóng điện từ được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn
tư liệu chủ yếu trong viễn thám. Các tính chất của vật thể có thể được xác
định thơng qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Viễn thám là
một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi
trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ. Tín hiệu điện
thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin về đối tượng. Viễn
thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ nhận biết, xác
định được các đối tượng.
Bức xạ điện từ có bốn thơng số cơ bản là tần số, hướng lan truyền, biên
độ và mặt phẳng phân cực. Các thông số này có thể sử dụng trong việc khai

thác thơng tin ảnh. Ví dụ: tần số có thể được sử dụng để xác định vận tốc
chuyển động của vật thể dựa trên hiệu ứng Doppler, hướng lan truyền được sử
dụng để phát hiện các cấu trúc của đối tượng. Biên độ thể hiện mức độ sáng
tối của vật thể và được sử dụng như những phần tử giải đoán ảnh cơ bản, mặt
phân cực được sử dụng để xác định hình dạng của vật thể, ánh sáng phản xạ
trên các bề mặt tương tự nhau sẽ cho các chùm tia có mặt phẳng phân cực
giống nhau.


8

Hình 1.3 Phân loại sóng điện từ
Tên của các vùng sóng được đặt tương ứng với các phương pháp nghiên
cứu và số lượng các vùng đó thường nhiều hơn sự phân chia thơng dụng.
Vùng nhìn thấy chỉ là vùng cực nhỏ trong toàn bộ quang phổ điện từ (từ
0,40,7m) song song đó vẫn được chia nhỏ hơn thành các tia đơn sắc.
Sóng cực tím nối liền với phần màu xanh lơ (Blue) của vùng nhìn thấy,
nối tiếp với phần màu đỏ là vùng hồng ngoại (Infrared).
Vùng hồng ngoại được chia ra ba dải, song chỉ có hồng ngoại nhiệt mới
liên quan trực tiếp đến sự nhạy cảm về độ nóng.
Vùng vi sóng (microwave) là các vùng có bước sóng dài hơn nhiều so
với hồng ngoại (từ 1mm đến 1m) và cịn được gọi là sóng Radar. Vùng Radar
cũng được chia nhỏ thành nhiều vùng với những đặc tính riêng biệt.
Vùng có bước sóng dài nhất, tiếp tục của sóng radar là sóng Radio.
Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ
bằng các cách thức khác nhau và đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng
phổ. Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận
dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ
đặc trưng phổ và sắc, tơng màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đốn đối tượng.

9
Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu của đối tượng chủ yếu trong lĩnh
vực viễn thám là phương pháp nghiên cứu mơ hình. Đó là mơ hình phổ và mơ
hình không gian của các đối tượng bề mặt Trái đất, các đối tượng và tính chất
đối tượng được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích và tổng hợp một
cách biện chứng.
1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu của viễn thám
- Phát triển cơ sở kỹ thuật của các thiết bị thu nhận thông tin viễn thám
như các hệ thống máy chụp, quét ảnh, các hệ thống máy xử lý thông tin, các
phần mềm tin học chuyên dụng cho công việc xử lý tư liệu viễn thám.
- Nghiên cứu khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên và tác
động qua lại cua môi trường đến khả năng phản xạ phổ nhằm thu nhận ảnh
viễn thám phù hợp với mục đích nghiên cứu.
- Hồn thiện các phương pháp xử lý thơng tin để có thể khai thác tốt các
tư liệu viễn thám nhận được.
1.1.3. Những ưu điểm cơ bản của công nghệ viễn thám
- Ảnh vệ tinh có tầm bao quát rộng nên có khả năng nhanh chóng thu nhận
thơng tin về tình hình sử dụng đất trên phạm vi rộng lớn kể cả vùng sâu, vùng
xa, hiển chở khó hoặc không tiếp cận được. Mặt khác, thông tin trên sẽ thống
nhất về thời gian nên có thể phân tích, đối sánh được với nhau.
- Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường Trái đất do
do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục của thiết bị thu ảnh vệ tinh. Khả năng này
cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi của tài nguyên, môi
trường giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường
một cách thuận lợi
- Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng, nhờ đó tư
liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về
biến động lớp phủ, sử dụng đất và theo dõi mùa màng trong nông nghiệp.
- Ảnh vệ tinh phản ánh trung thực bề mặt đất với mối quan hệ và tác động

qua lại giữa các hợp phần tự nhiên cũng như giữa con người với thiên nhiên.


10
Thơng qua đó ảnh vệ tinh phản ánh khách quan về hiện trạng sử dụng đất và cho
phép xác định nhiều loại đất thông qua các dấu hiệu điều vẽ gián tiếp.
- Ảnh vệ tinh là mơ hình của bề mặt Trái đất, ở dạng tương tự cũng như ở
dạng số đều có bản chất rất gần với bản đồ. Nhờ đó ảnh vệ tinh khơng chỉ là
nguồn tư liệu về các loại lớp phủ trên bề mặt cho các bản đồ chuyên đề, mà
bản thân nó đã là cơ sở bản đồ nền. Điều này đặc biệt tiện lợi với các vùng
chưa có bản đồ địa hình hoặc bản đồ nền có độ chính xác cần thiết để lập bản
đồ hiện trạng sử dụng đất. Ảnh vệ tinh sau khi được nắn thành bình đồ ảnh đã
được đảm bảo vê cơ sở tốn học và có nhiều yếu tố của bản đồ nền.
- Các dữ liệu được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được ưu thế xử lý của
máy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin như hệ thống
thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS).
1.1.4. Phân loại viễn thám
Viễn thám có thể được chia thành 3 loại theo bước sóng sử dụng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy (bước sóng 0,4-0,7m) và hồng
ngoại (bước sóng 0,7-3,0m): nguồn năng lượng chính sử dụng là bức xạ mặt
trời (ngoại trừ viễn thám radar sử dụng tia laze). Tư liệu viễn thám thu được
trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể
và bề mặt Trái đất. Các thông tin từ vật thể xác định từ các phổ phản xạ thu
nhận được.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt (bước sóng 3,0104m): nguồn năng lượng
sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sinh ra. Mỗi vật thể ở nhiệt độ bình
thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 104 m.
- Viễn thám siêu cao tần (bước sóng 1mm  1m) chia làm 2 loại: chủ đọng
và bị động.
 Viễn thám siêu cao tần chủ động có nguồn năng lượng riêng để chiếu

vào các đối tượng rồi thu lại các tín hiệu phản xạ.
 Viễn thám siêu cao tần bị động thu lại năng lượng bức xạ do chính vật
thể phát ra. Tuy nhiên do bức xạ tự nhiên ở dải sóng này rất yếu đòi hỏi bộ


11
cảm phải có độ nhạy cao, hơn nữa ở độ cao của vệ tinh, ảnh hưởng của khí
quyển quá lớn nên các bộ cảm siêu cao tần bị động thường ít được sử dụng
trên vệ tinh.
Ánh sáng Hồng ngoại
phản xạ phổ

Hồng ngoại nhiệt

Sóng cực ngắn

remore sensing

remore sensing

remore sensing

Ngồn
Vật thể

Bức xạ
Phổ bức
xạ
Phổ
điện từ

Camera
Photo
detector
Microwave
Sensor

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng


12
1.1.5. Sự tương tác năng lượng với các đối tượng trên mặt đất
Khi năng lượng điện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt đất, sẽ có 3 thành
phần năng lượng cơ bản tương tác với đối tượng, đó là: phản xạ, hấp thụ và
truyền qua.
EI() = ER() + EA() + ET()
Trong đó:

(1.1)

+ E1 là năng lượng tới mặt đất
+ ER là năng lượng phản xạ
+ EA là năng lượng hấp thụ
+ ET là năng lượng truyền qua

Toàn bộ các năng lượng này là hàm của một bước sóng  nào đó: Er()
Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ, truyền qua rất
khác nhau, tùy thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là
thành phần vật chất và tình trạng của đối tượng. Ngoài ra, tỷ lệ giữa các hợp
phần đó cịn phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới.
Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng

và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng. Vì vậy,
năng lượng phổ phản xạ thường được sử dụng để tính sự cân bằng năng
lượng.
ER() = EI() -  EA() + ET()

(1.2)

Cơng thức này nói lên rằng năng lượng phản xạ bằng năng lượng rơi
xuống một đối tượng sau khi đã bị suy giảm bởi việc truyền qua hoặc hấp thụ
bởi đối tượng.
1.1.6. Ảnh viễn thám
1.1.6.1. Tư liệu ảnh vệ tinh quang học
Ảnh vệ tinh quang học như SPOT, LANDSAT, QUICKBIRD,… đã và
đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực điều tra cơ bản. Ảnh quang
học chụp bề mặt Trái đất nhờ năng lượng mặt trời và các thiết bị chụp ảnh sử
dụng thấu kính quang học, hệ thống chụp ảnh này được gọi là hệ thống thụ động.


13
Cùng với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu ảnh
vệ tinh đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát
tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, đặc biệt là trong việc theo dõi
diễn biến lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất. Trên thế giới, tại những nước
phát triển, việc ứng dụng công nghệ viễn thám được thực hiện ngay từ khi có
những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát Trái đất. Cho đến nay, ảnh vệ
tinh đã được ứng dụng ở hầu khắp các nước, kể cả các nước đang phát triển.
Ở Việt Nam, viễn thám bắt đầu được ứng dụng từ những năm1980, đã đem lại
những kết quả đáng khích lệ và khẳng định tính ưu việt của cơng nghệ viễn
thám về mọi mặt. Mặc dù công nghệ viễn thám ở nước ta phát triển còn chậm,
nhưng ảnh vệ tinh cũng đã được sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và

địa phương như nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, quy hoạch đất
đai, địa chất, khoáng sản,…. Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh vệ tinh liên
quan đến việc chiết tách thông tin về lớp phủ mặt đất là:
- Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng.
- Thành lập bản đồ lớp phủ và hiên trạng sử dụng đất.
- Theo dõi giám sát mùa màng.
- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nước.
- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn.
- Kiểm kê tài nguyên mặt nước.
- Quy hoạch đô thị và theo dõi q trình đơ thị hóa.
- Hiện chỉnh bản đồ địa hình trung bình và nhỏ.
Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ưu điểm như hình ảnh quen thuộc với
con người, dễ giải đoán, kỹ thuật tương đối dễ phát triển trên nền các công
nghệ chụp ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng được chấp nhận và ứng dụng
rộng rãi. Các loại ảnh quang học như SPOT, LANDSAT, ASTER, IKONOS,
QUICKBIRD,… đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới. Trong
công tác thành lập cac loại bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám sử dụng
ảnh quang học đã được đưa vào các quy trình quy phạm tương đối hoàn


14
chỉnh. Nhược điểm chính của ảnh quang học là chỉ có thể chụp vào ban ngày
khi được mặt trời chiếu sáng và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết.
Trong trường hợp thời tiết xấu như mưa bão, mây mù sẽ rất khó chụp được
ảnh. Trên ảnh quang học cũng thường có nhiều mây, nhất là ở khu vực nhiệt
đới trong đó có Việt Nam. Những nhược điểm này đã làm hạn chế rất nhiều
khả năng ứng dụng của ảnh quang học, đặc biệt đối với những ứng dụng cần
sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm.
Dưới đây là bảng thống kê các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ
tinh quang học:

Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học cơ bản
Ảnh vệ tinh
quang học
SPOT 2
SPOT 4
SPOT 5
LANDSAT
TM
LANDSAT
ETM +

ASTER

Các kênh
phổ

Độ phân giải

Kênh đa phổ
Kênh toàn sắc
Kênh đa phổ
Kênh toàn sắc
Kênh đa phổ
Kênh toàn sắc
Kênh
1,2,3,4,5,6,7
Kênh
1,2,3,4,5,6,7
Kênh 8
Kênh

1,2,3N, 3B
Kênh
4,5,6,7,8,9
Kênh
10,11,12,13,14

20 m
10 m
20 m
10 m
10 m
2,5 m
30 m

26

60 x 60

26

60 x 60

26

60 x 60

16

180 x 180

16

180 x 180

16

60 x 60

14

11 x 11

1  3,5

16,5 x 16,5

15 m
15 m
30 m
90 m

IKONOS

QUICKBIRD

Diện tích
phủ trùm
(km)

30 m

Tại tâm
Kênh toàn sắc
Kênh đa phổ
Kênh đa phổ
Kênh toàn sắc

Tần suất
chụp lặp
(ngày)

0,82 m
3,2 m
2,44
0,61

260
ngoài
tâm
1m
4m


15
Đặc điểm thơng tin trên ảnh quang học:
- Về hình ảnh:
Ảnh vệ tinh quang học được thu nhận ở vùng sóng nhìn thấy và cận
hồng ngoại nên rất phù hợp với cảm nhận trực giác của con người, rất thuận
lợi cho việc phân tích, giải đốn và chiết tách các thơng tin. Hình ảnh các đối
tượng trên ảnh quang học thường rõ ràng, sắc nét, ít nhiễu, dễ đốn đọc, nhận

dạng. Hơn nữa, ảnh quang học được chụp ở nhiều kênh phổ khác nhau cho
phép nghiên cứu hình ảnh bằng các tổ hợp màu, do đó lượng thơng tin thu
được từ bề mặt khá phong phú, đa dạng.
- Về khả năng thu nhận thông tin:
Nhược điểm lớn nhất của ảnh vệ tinh quang học là khả năng chụp ảnh
phụ thuộc vào thời tiết (mây, mưa, sương mù,…) và phụ thuộc vào thời gian
(ngày, đêm) gây khó khăn cho việc lựa chọn thời gian và thời điểm thu nhận
thông tin trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam.
- Về nội dung thông tin:
Do được thu nhận ở vùng sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại nên ảnh
quang học chủ yếu phản ánh các đặc trưng về mặt hóa học của các đối tượng
trên mặt đất như khả năng hấp thụ hay phản xạ sóng điện từ. Ảnh quang học
không thực sự nhạy cảm với đặc điểm cấu trúc của bề mặt hay độ ẩm của vật
chất (khó phân biệt rừng thưa và rừng rậm, hay độ ẩm tăng nhưng tone màu
khơng có sự thay đổi rõ rệt,…).
- Về biến dạng hình học:
Do đặc tính kỹ thuật của hệ thống chụp ảnh, tính chất của lớp khí
quyển, địa hình của bề mặt chụp ảnh mà vệ tinh quang học có những biến
dạng nhất định về hình học.
- Về khả năng ứng dụng:


16
Hiện nay, với các ảnh quang học có độ phân giải siêu cao như IKONOS
1m, QUICKBIRD 0,6m,…, chúng có thể được sử dụng để thành lập bản đồ
đến tỷ lệ 1/10000, thậm chí 1/5000 và dùng để hiện chỉnh bản đồ đến tỷ lệ
1/5000.
1.1.6.2. Ảnh SPOT
Vệ tinh Spot:

Hình 1.5 Vệ tinh SPOT
Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian
(Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển.
Vệ tinh đầu tiên SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là
SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4, và SPOT-5 lần lượt vào các năm 1/1990, 9/1993,
3/1998, 5/2002. Hiện nay chỉ còn 3 vệ tinh đang hoạt động là SPOT-2, 4 và 5
còn vệ tinh SPOT-3 đã ngừng hoạt động vào các năm 1996, vệ tinh SPOT-1
ngừng hoạt động năm 2003.
Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 822km, quỹ đạo đồng bộ mặt trời với chu
trình 101 phút; góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,7o; thời điểm bay
qua xích đạo là 10h30’ sáng và chu kỳ lặp 26 ngày.


17
Hiện nay, hệ thống vệ tinh SPOT đã gần như có thể chụp ảnh hằng ngày
đối với bất kỳ khu vực nào trên Trái đất.
Vệ tinh SPOT có khả năng chụp nghiêng, nên có thể chụp lặp lại bất kỳ
vị trí nào trên mặt đất trong vịng khơng q 5 ngày ở vùng xích đạo và khơng
q 3 ngày đối với vùng vĩ độ trên 45o. Khả năng này của vệ tinh SPOT còn
cho phép tạo ra cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với góc
chụp nghiêng khác nhau.
Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm HRV với kênh tồn sắc độ
phân giải 10m; ba kênh phổ có độ phân giải 20m. Mỗi cảnh có độ phủ mặt đất
là 60x60 km. Các kênh toàn sắc và kênh đa phổ của vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có
thiết bị thu CCD nằm ở mặt phẳng tiêu cự, thu nhận ảnh trong cùng thời gian.
Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; 3 kênh đa phổ
HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải
20m và đầu thu ảnh kênh thực vật (Vegetation Instrument).
Vệ tinh SPOT 5 có những cải tiến nhất định, được đưa lên quỹ đạo vào
tháng 5/2002 và đi vào hoạt động. Vệ tinh SPOT 5, được trang bị một cặp thu

HRG (High Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước
đó. Mỗi loại đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen- trắng
và 10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân
giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80
km. Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT 5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng
thời khác ở độ phân giải này đều không đạt được.


18
Bảng 1.2. Đặc trưng phổ và khả năng giải đoán của ảnh vệ tinh SPOT
Kênh
phổ

Bước
sóng
(m)

Phổ điện
từ

Đối
tượng

1

0.50 
0,59

Xanh lam
(Blue)

Nước

Ứng dụng cho việc giải đoán các
đối tượng nước

2

0.61 
0,68

Xanh lá
cây
(Green)

Thực
vật

Phân biệt và đánh giá sức sinh
trưởng của thực vật rất rõ. Nhận
dạng đượccác đặc trưng trồng trọt.

Thực
vật

Phân biệt rõ các loài thực vật nhờ
khả năng hấp thị mạnh của chất
diệp lục ở lá cây. Nhận dạng các
đặc trưng trồng trọt.

3

0.79 
0,89

Đỏ (Red)

Thông tin

Bảng 1.3. Các thơng số của hệ thống SPOT

Hệ
thống

Năm
phóng

SPOT -1

1986

Số pixel
trên
đường
quyét

6000 Pan
SPOT-2

1990

3000 Ms

SPOT-4

1998

Độ lớn pixel
thực địa
GPS

Độ
rộng
băng
quét

10m Pan
20m Ms

60 Km

Góc
nghiêng
trục quang

Độ
cao
quỹ
đạo

±270 vng

góc với quỹ
đạo

822
km

± 200 dọc
theo quỹ
đạo

822
km

50 Pan
(HRS)

SPOT 5

2002

2.5m Pan
12000 Pan HRG (dọc
theo quỹ đạo)
6000 Ms
10m Ms 10
m Pan
(vng góc
với quỹ đạo)

60 km